EP2110699A2 - Vorrichtung und Verfahren zum Beleuchten einer Objektszene - Google Patents

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EP2110699A2
EP2110699A2 EP09004517A EP09004517A EP2110699A2 EP 2110699 A2 EP2110699 A2 EP 2110699A2 EP 09004517 A EP09004517 A EP 09004517A EP 09004517 A EP09004517 A EP 09004517A EP 2110699 A2 EP2110699 A2 EP 2110699A2
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EP
European Patent Office
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object scene
section
divergence angle
divergence
radiation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09004517A
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English (en)
French (fr)
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EP2110699A3 (de
Inventor
Matthias Rungenhagen
Jörg Dr. Löbau
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Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Original Assignee
Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Diehl BGT Defence GmbH and Co KG filed Critical Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Publication of EP2110699A2 publication Critical patent/EP2110699A2/de
Publication of EP2110699A3 publication Critical patent/EP2110699A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30—Collimators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/86—Combinations of lidar systems with systems other than lidar, radar or sonar, e.g. with direction finders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes

Definitions

  • the invention relates to a device for illuminating an object scene with a radiation source and a pivoting unit for pivoting a beam directed from the radiation source into the object scene.
  • the device relates to a method for illuminating an object scene with light from a radiation source, which is pivoted by a pivoting unit in the object scene.
  • Laser radars are particularly well-suited for obstacle warning and target detection, in particular for aircraft and missiles but also for underwater vehicles.
  • LADAR Laser radars
  • an imaging technique in which an object scene is divided into a matrix of sections and the individual sections are scanned either in parallel or sequentially at high speed.
  • a laser beam control with a wide deflection usually systems of rotating mirrors or prisms are used. These systems enable fast and continuous jet control.
  • a directionally selective deflection is possible with a gimbal, such as from the DE1020004031097A1 is known. Both systems are sensitive to accelerations and vibrations due to their relatively large masses and moving components.
  • the object directed to the device is achieved by a device of the type mentioned above, which according to the invention comprises a number of micro-optical grids of the pivoting unit for pivoting the beam and an optics for varying the beam divergence of the directed into the object scene beam. Due to the combination of micro-optical grids and the beam divergence-changing optics, an illumination beam which actively scans the object scene, for example a laser beam, can be swiveled over a wide angular range. By changing the beam divergence of the usually collimated scanning beam, the resolution of the scan can be increased to such an extent that objects lying between diffraction maxima caused by the micro-optical grids can be detected.
  • the effect of diffraction occurs. If the beam divergence of the scanning beam is less than the angle between two neighboring diffraction structures, it may happen that an object in the area between two neighboring diffraction structures is not detected by the beam, since a deflection of radiation in the direction of the object is prevented by the diffraction effect or at least greatly reduced.
  • this effect is particularly disturbing because a laser beam is collimated with a particularly low beam divergence.
  • the beam divergence can be changed with the help of the optics so that also those viewing angles are detected by the beam, which lie in diffraction minima of the micro-optical grids.
  • the change in beam divergence may be widening or merging.
  • the radiation source is expediently a laser source.
  • An optical beam is understood as a beam with electromagnetic radiation in the visible, infrared or ultraviolet spectral range.
  • the micro-optical grids are expediently microlens fields. Microlens fields are electronically controllable with low inertia and large positioning accuracies and high spatial resolutions can be realized.
  • the micro-optical grids are expediently laterally displaceable relative to one another and form afocal systems, such as telescopes, expediently Keppler telescopes. The lateral displacement deflects an incident optical beam thereon.
  • the microlens fields are designed in the manner of a blazed grating.
  • a microlens array may be a two-dimensional, grid-shaped arrangement of small lenses, each one two or more opposing small lenses can form a telescope.
  • a collimated incident beam for example a laser beam, is deflected by lateral displacement of one of the screens relative to the other screen and also emerges collimated out of the arrangement.
  • actuators for the required displacement of the grid relative to each other piezoactuators can be used.
  • the divergence angle of the beam after the optics is expediently adapted to the angle between the diffraction orders or diffraction maxima. This makes it possible to scan the entire controllable angle range completely and without gaps.
  • the optics can be a lens, in the simplest case a single lens.
  • the optic is advantageously arranged in the beam path behind the pivoting unit. If the radiation source comprises a means for collimating the beam, for example a laser arrangement, through which collimated light is emitted, the optics can guide the previously collimated beam expanded into the object scene.
  • the optics is designed so that it expands a perfectly collimated beam of the radiation source at least so that its radiation amplitude is not less than 50 percent of the amplitude of the diffraction maxima in a centrally located between two adjacent diffraction peaks of the pivot unit beam center. In this way, it is ensured that even objects lying between the diffraction maxima or diffraction orders can be scanned sufficiently strongly.
  • the optics is designed so that it expands a collimated beam so that two adjacent diffraction maxima are not resolvable at a beam center located centrally between them, ie no local minimum in amplitude between the adjacent ones There are diffraction orders.
  • the optics has a divergence angle which is at least as great as the divergence angle between two adjacent diffraction maxima, very uniform illumination of the object scene can be achieved. If adjacent diffraction orders are spaced apart from one another in mutually perpendicular image directions, the divergence angle of the optics is different suitably as large as the largest divergence angle between two adjacent diffraction maxima.
  • a further homogenization of the illumination of the object scene can be achieved if the optic has a divergence angle which is at least as great as the divergence angle between two diffraction maxima diagonally opposite each other in two-dimensional space.
  • the optic comprises a zoom lens.
  • a divergence of the beam scanning the object scene can be adapted to one another at an angle of the diffraction orders.
  • a homogeneous illumination of the object scene can be ensured at different wavelengths of the illuminating beam.
  • the object directed to the method is achieved by a method of the type mentioned, in which the beam is pivoted according to the invention by a number of micro-optical grids of the pivoting unit and directed with an arranged in the beam path behind the grids optics divergence angle in the object scene becomes.
  • the pivotability of a collimated beam can be combined by a robust pivoting device with homogeneous illumination of the object scene.
  • the divergence angle may depend on a focal length of the optics. The larger the focal length is, the less the beam is widened by the optics.
  • an area of the object scene is scanned step by step by section by the beam in the Direction of a diffraction maximum of the raster is directed, the beam remains awhile in this section for a while, then directed in the direction of an adjacent diffraction maximum, and in turn remains dormant in this portion of the object scene, and so on.
  • a uniform illumination of the object scene can be achieved on both sides in the direction of the diffraction maxima or diffraction orders so that small objects on the left and right can be illuminated to the same extent in a direction of a diffraction maximum and thus can be equivalently imaged.
  • the beam is directed in the middle between two diffraction maxima of the grid, it remains there for a while resting in this section of the object scene, is then directed in the direction middle between one of the diffraction maxima and an adjacent diffraction maximum and remains in again resting for a while in this new section of the object scene, and so on.
  • regions between the diffraction maxima can be illuminated particularly intensively, so that existing objects, for example, are illuminated no less strongly than those which lie in the direction of a diffraction maximum.
  • a field of view of a matrix detector is directed by an objective into the object scene such that each section is assigned a detector element of the matrix detector.
  • a detector element may in this case be a pixel or pixels of the matrix detector.
  • a pixelized image may be created pixel by pixel, with each pixel imaging a portion of the object scene illuminated by the beam at the time of acquisition.
  • a further variation of the invention provides that the beam with a zoom lens of the optics is expanded so far that a region is illuminated, an image from the region or the region is recorded by means of a detector and then the divergence of the beam onto a section of the area is reduced and the area is scanned section by section illuminating.
  • a coarser and higher-level image can be generated in order then to scan the entire region or only a part thereof section by section and to capture individual images associated with the sections in order to obtain greater detail.
  • an area of the object scene may be scanned step by step, section by section, and then the divergent divergent section scanned step by step.
  • the size of the sections is expediently adapted to the divergence angle, in particular before and after the change in the divergence.
  • the range of an imaging device used for scanning the object scene is particularly important. Under water, such a range is considerably hindered by a strong scattering of light in the water. Image interference scattering can be kept low if, when scanning an object scene with an active beam, it has a low divergence. Therefore, it is advantageous to scan an object scene from an underwater vehicle with a collimated beam, for example a laser, in particular in the green light range. Due to the divergence changing optics the disturbance can be kept low by diffraction effects. The application of the method and the device in an underwater environment is thus advantageous. Appropriately, therefore, the object scene is an underwater environment and it is guided from the object scene light reflected the radiation source to a detector and detected there.
  • a radiation source 18, for example a laser active in the green wavelength range, is driven by the processing means 20, which then emits a collimated laser beam 22.
  • This is guided by a pivoting unit 24, which can indeed pivot the laser beam 22 in two dimensions, but leaves the collimation unchanged.
  • the laser beam 22 passes through an optical system 26 which, with a lens 28 for example, alters the beam divergence of the laser beam 22 from the vanishing or very small divergence of the collimated laser beam 22, so that the collimation is canceled.
  • the emerging from the optics 26 beam 10 is now focused on a focal point 30, wherein also an expansion of the collimation by a diverging lens is conceivable.
  • the distance 32, with which the optics 26 or lens 28 is spaced from the pivoting unit 24, is less than 1/10 of the focal length 34 of the optics 26.
  • the beam 10 now leaves the device for illuminating the object scene 8 and the watercraft 2, meets the object scene 8 and is reflected there. Reflected radiation is picked up by the receiving device 12.
  • the pivoting unit 24 is in Fig. 2 shown in more detail. It comprises three micro-optical grids 36, 38, 40, of which the grids 38, 40 are attached to a radiation-transmissive substrate 42, and which are designed as microlens fields Actuator together laterally relative to the grid 36 are displaced, as indicated by the arrows 44.
  • the rasters 36, 38, 40 each comprise 256 ⁇ 256 microlenses of the size of a few to many 10 ⁇ , each micro-lens of each raster 36, 38, 40 being associated with one another, that is to say always three microlenses being associated with each other, and an afocal system ( Telescope).
  • the grid 38 is arranged here in the intermediate image plane. By a lateral displacement of the grid 38, 40, a wavefront 46 and thus the laser beam 22 is deflected, as shown by the wavefronts 46.
  • FIG. 12 shows a two-dimensional diffraction pattern 48 in an x, y plane in the object scene 8 that the laser beam 22 would illuminate without the optics 26. Shown by the microstructure of the grid 36, 38, 40, the laser beam 22 is diffracted at the grids 36, 38, 40 and the object scene 8 can only in a small Illuminate area around the locations of the diffraction maxima 50. With perfect collimation, the area is only as large as the aperture of the radiation source, in reality, even already by diffraction effects at the aperture, slightly larger.
  • Fig. 3 is not differentiated between main and secondary maxima or the first and further diffraction orders, since all diffraction maxima 50 with the corresponding deflection of the laser beam 22 can form the main or secondary maximum.
  • the diffraction maxima 50 are spaced apart by a divergence angle 52, hereinafter also referred to simply as divergence, which results from the cotangling of the spatial spacing of the diffraction maxima 50 relative to one another for their removal from the pivoting unit 24.
  • An object 54 in the object scene 8 between the illuminated areas around the diffraction maxima 50 can not be illuminated in this configuration and accordingly can not be detected by the obstacle warning system 6.
  • the illumination of the object scene 8 by the beam 10 widened by the optics 26 is in Fig. 4 shown.
  • the diffraction maxima 50 are widened to larger illumination surfaces 56, which lie around the location of the diffraction maxima 50 and whose diameter is determined by the divergence angle or the divergence of the optics 26 and the distance from the pivoting unit 24.
  • the divergence of the optics 26 is equal to the divergence of the diffraction, that is, the divergence angle ⁇ determined by the focal length 34 (FIG. Fig. 1 ) equal to the Divergence angle 52, so that the illumination surfaces 56 - in ideal imaginary collimation before the optics 26 and no further beam expansion than through the optics 26 - touch each other.
  • the object scene 8 is thereby largely illuminated.
  • the in the FIGS. 3 and 4 shown diffraction maxima 50 and illuminated surfaces 56 are in the FIGS. 5 and 6 in their amplitude A of the illuminance is plotted against the x-direction of the object scene 8. While the unexpanded diffraction maxima 50 illuminate the object scene 8 only at certain points - the Gaussian shape of the pulses is due to further effects, which are not considered here - the illumination surfaces 56 touch whose individual amplitudes are shown in dashed lines. Through their Gauss form they even cover.
  • the coverage is at least so far that the radiation amplitude 58 always remains above 50% of the maxima of the adjacent illumination surfaces 56 in both the x and y directions centrally between two adjacent diffraction peaks 50 at a beam center of the beam 10 aligned therewith. This applies at least to a section line through the locations of the diffraction maxima 50 Fig. 6 As shown, the radiation amplitude 58 does not fall below 60%. It is thereby achieved a fairly good uniformity of the lighting of the object scene 8.
  • FIG. 7 An even greater coverage of the illumination surfaces 56 is in FIG. 7 in the form of the illumination surfaces 56 and in Fig. 8 represented in the form of the radiation amplitude 58 against the x-axis.
  • the optic 26 is here set with a divergence angle which is as large as the divergence angle between two diffraction maxima diagonally opposite each other in the two-dimensional x, y-space.
  • the coverage of the illumination surfaces 56 is so extensive that no point of the object scene 8 in the pivoting range of the pivoting unit 24 remains unlit, so each point of the object scene 8 can be illuminated with a corresponding orientation of the beam 10.
  • the course of the radiation amplitude 58 in the x and y directions is very uniform here, as in FIG Fig. 8 is shown.
  • the divergence of the optics 26 should not be too large.
  • a suitable upper limit is that the optic 26 maximally has a divergence angle which is as large as the double divergence angle 52 between two adjacent diffraction maxima 50.
  • it may be useful to work with a higher divergence in the short term in order to obtain an overview image of the object scene 8 to create on their good contrast can be omitted in order to then record the object scene section by section with less divergence in high contrast.
  • the optics 26 are equipped with a zoom lens - in Fig. 1 This can be symbolically represented by the lens 28, with which the focal length 34 and thus the divergence of the optical system 26 can be adjusted within a predetermined range, suitably controlled by the processing means 20.
  • the pivoting unit 24 is aligned so that the beam 10 has a portion 60 which is in Fig. 9 is shown, partially or - as in Fig. 9 is shown - completely covered.
  • the divergence of the optics 26 can be adjusted to the diagonal angle of the section 60 for this purpose.
  • the objective 16 of the receiving device 12 can now be set such that the section 60 is imaged onto a single pixel of the matrix detector 14. Incident radiation from this section 60 is now registered by the receiving device 12.
  • the rasters 38, 40 are then displaced relative to the raster 36 such that an adjacent section 60 is illuminated by the beam 10 and radiation reflected therefrom is imaged onto an adjacent pixel of the matrix detector 14.
  • a portion of the object scene section 60 section 60 may be scanned step by step by directing the beam 10 sequentially in the direction of the diffraction peaks 50 and imaging the corresponding section 60 on the array detector, respectively.
  • Each section 60 is assigned such a detector element of the matrix detector 14.
  • the beam 10 may be directed in the direction midway between two diffraction peaks 50, as in FIG Fig. 9 is shown by the dashed illumination surfaces 56 and the associated dashed portions 60.
  • a particularly rapid obstacle warning can be achieved if the object scene 8 is first scanned with a greater divergence of the optics 26, for example by assigning a section 60 2 ⁇ 2 or 3 ⁇ 3 pixels of the matrix detector 14 and each section 60 simultaneously to these pixels is shown. If the region 62, which is composed, for example, of the sum of all sections 60, is scanned through, the divergence by the zoom lens can be reduced and the region 62 - or only a particularly interesting part thereof - pixel by pixel, so, section by section, with less stray light and high contrast.

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Beleuchten einer Objektszene (8) mit einer Strahlungsquelle (18) und einer Schwenkeinheit (24) zum Schwenken eines von der Strahlungsquelle (18) in die Objektszene (8) gerichteten Strahls (10). Um die Objektszene (8) relativ stabil gegenüber Beschleunigungen und Erschütterungen mit einer hohen Abbildungsgüte und hohem Kontrast durch geringe Streustrahlung abbilden zu können, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Anzahl von mikrooptischen Rastern (36, 38, 40) der Schwenkeinheit (24) zum Schwenken des Strahls (10) und eine Optik (26) zur Veränderung der Strahldivergenz des in die Objektszene (8) gerichteten Strahls (10) umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beleuchten einer Objektszene mit einer Strahlungsquelle und einer Schwenkeinheit zum Schwenken eines von der Strahlungsquelle in die Objektszene gerichteten Strahls. Außerdem betrifft die Vorrichtung ein Verfahren zum Beleuchten einer Objektszene mit Licht aus einer Strahlungsquelle, das von einer Schwenkeinheit in der Objektszene geschwenkt wird.
  • Laserradare (LADAR) sind für die Hinderniswarnung und Zielerkennung, insbesondere für Luftfahrzeuge und Flugkörper aber auch für Unterwasserfahrzeuge, besonders gut geeignet. Für eine präzise Hinderniswarnung oder Zielerkennung ist es vorteilhaft, ein bildgebendes Verfahren anzuwenden, bei dem eine Objektszene in eine Matrix aus Abschnitten aufgeteilt wird und die einzelnen Abschnitte entweder parallel oder sequenziell mit hoher Geschwindigkeit abgetastet werden. Hierzu ist es notwendig, den Laserstrahl in einem großen Winkelbereich auszulenken. Für eine Laserstrahlsteuerung mit einer weiten Auslenkung werden üblicherweise Systeme aus rotierenden Spiegeln oder Prismen eingesetzt. Diese Systeme ermöglichen eine schnelle und kontinuierliche Strahlsteuerung. Eine richtungsselektive Auslenkung ist mit einer kardanischen Aufhängung möglich, wie beispielsweise aus der DE1020004031097A1 bekannt ist. Beide Systeme sind aufgrund ihrer relativ großen Massen und der bewegten Komponenten empfindlich gegenüber Beschleunigungen und Vibrationen.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beleuchten einer Objektszene anzugeben, die relativ stabil gegen Beschleunigungen sind und eine weite Strahlablenkung mit einer hohen Abbildungsgüte verbinden.
  • Die auf die Vorrichtung gerichtete Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die erfindungsgemäß eine Anzahl von mikrooptischen Rastern der Schwenkeinheit zum Schwenken des Strahls und eine Optik zur Veränderung der Strahldivergenz des in die Objektszene gerichteten Strahls aufweist. Durch die Kombination von mikrooptischen Rastern und der die Strahldivergenz verändernden Optik kann ein aktiv die Objektszene abtastender Beleuchtungsstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl, über einen weiten Winkelbereich verschwenkt werden. Durch die Veränderung der Strahldivergenz des üblicherweise kollimierten Abtaststrahls kann die Auflösung der Abtastung soweit gesteigert werden, dass auch zwischen Beugungsmaxima, die von den mikrooptischen Rastern verursacht werden, liegende Objekte erkannt werden können.
  • Bei einer Richtungssteuerung des optischen Strahls zur Beleuchtung der Objektszene durch mikrooptische Raster tritt der Effekt der Beugung auf. Ist die Strahldivergenz des Abtaststrahls geringer als der Winkel zwischen zwei benachbarten Beugungsstrukturen, so kann es vorkommen, dass ein Objekt im Bereich zwischen zwei benachbarten Beugungsstrukturen, nicht vom Strahl erfasst wird, da ein Lenken von Strahlung in die Richtung des Objekts durch den Beugungseffekt unterbunden oder zumindest stark verringert wird. Beim Verwenden eines Laserstrahls als Strahl zum Beleuchten der Objektszene ist dieser Effekt besonders störend, da ein Laserstrahl mit einer besonders geringen Strahldivergenz kollimiert ist. Die Strahldivergenz kann mit Hilfe der Optik so verändert werden, dass durch den Strahl auch solche Blickwinkel erfasst werden, die in Beugungsminima der mikrooptischen Raster liegen.
  • Die Veränderung der Strahldivergenz kann ein Aufweiten oder ein Zusammenführen sein. Die Strahlungsquelle ist zweckmäßigerweise eine Laserquelle. Als optischer Strahl wird ein Strahl mit elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren, infraroten oder ultravioletten Spektralbereich verstanden. Die mikrooptischen Raster sind zweckmäßigerweise Mikrolinsenfelder. Mikrolinsenfelder sind mit geringer Trägheit elektronisch steuerbar und es sind große Stellgenauigkeiten und hohe räumliche Auflösungen realisierbar. Die mikrooptischen Raster sind zweckmäßigerweise lateral gegeneinander verschiebbar und bilden afokale Systeme, wie Teleskope, zweckmäßigerweise Keppler-Teleskope. Durch die laterale Verschiebung wird ein darauf einfallender optischer Strahl abgelenkt. Insbesondere sind die Mikrolinsenfelder nach Art eines Blazegitters ausgeführt. Ein Mikrolinsenfeld kann eine zweidimensionale, rasterförmige Anordnung von kleinen Linsen sein, wobei jeweils zwei oder mehr gegenüberstehende kleine Linsen ein Teleskop bilden können. Ein kollimiert einfallender Strahl, beispielsweise ein Laserstrahl, wird durch laterale Verschiebung eines der Raster gegenüber dem anderen Raster abgelenkt und tritt auch wieder kollimiert aus der Anordnung heraus. Als Stellelemente für die benötigte Verschiebung der Raster relativ zueinander können Piezoaktuatoren verwendet werden.
  • Der Divergenzwinkel des Strahls nach der Optik wird zweckmäßigerweise an den Winkel zwischen den Beugungsordnungen beziehungsweise Beugungsmaxima angepasst. Dadurch ist es möglich, den gesamten ansteuerbaren Winkelbereich vollständig und ohne Lücken abzutasten. Die Optik kann ein Objektiv sein, im einfachsten Fall eine einzige Linse. Die Optik ist vorteilhafterweise im Strahlengang hinter der Schwenkeinheit angeordnet. Umfasst die Strahlungsquelle ein Mittel zum Kollimieren des Strahls, beispielsweise eine Laseranordnung, durch die kollimiertes Licht ausgesandt wird, kann die Optik den zuvor kollimierten Strahl aufgeweitet in die Objektszene leiten.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Optik so ausgeführt, dass sie einen perfekt kollimierten Strahl der Strahlungsquelle zumindest so aufweitet, dass seine Strahlungsamplitude in einem mittig zwischen zwei benachbarten Beugungsmaxima der Schwenkeinheit liegenden Strahlzentrum nicht unter 50 Prozent der Amplitude der Beugungsmaxima liegt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass auch zwischen den Beugungsmaxima beziehungsweise Beugungsordnungen liegende Objekte ausreichend stark abgetastet werden können.
  • Eine noch homogenere Beleuchtung der Objektszene kann erreicht werden, wenn die Optik so ausgeführt ist, dass sie einen kollimierten Strahl so aufweitet, dass zwei benachbarte Beugungsmaxima bei einem mittig zwischen ihnen liegenden Strahlzentrum nicht auflösbar sind, also kein lokales Minimum in der Amplitude zwischen den benachbarten Beugungsordnungen vorliegt.
  • Weist die Optik einen Divergenzwinkel auf, der zumindest so groß ist, wie der Divergenzwinkel zwischen zwei benachbarten Beugungsmaxima, kann eine sehr gleichmäßige Beleuchtung der Objektszene erreicht werden. Sind benachbarte Beugungsordnungen in senkrecht zueinander stehenden Bildrichtungen unterschiedlich weit voneinander beabstandet, ist der Divergenzwinkel der Optik zweckmäßigerweise so groß wie der größte Divergenzwinkel zwischen zwei benachbarten Beugungsmaxima.
  • Eine weitere Homogenisierung der Beleuchtung der Objektszene kann erreicht werden, wenn die Optik einen Divergenzwinkel aufweist, der zumindest so groß ist, wie der Divergenzwinkel zwischen zwei im zweidimensionalen Raum diagonal gegenüberliegenden Beugungsmaxima.
  • Wird bei einem sehr divergent aufgeweiteten Beleuchtungsstrahl ein größerer Bereich der Objektszene gleichzeitig beleuchtet, tritt Streuung an allen Streuzentren auf, die durch den stark divergenten Lichtstrahl beleuchtet werden, wodurch der Bildkontrast schlecht ist. Hierdurch ist eine effektiv nutzbare Reichweite des Strahls beziehungsweise einer die Objektszene abtastenden Abbildungseinheit gering. Durch eine geringe Divergenz wird nur Streuung aus einem kleinen Raumwinkelelement erzeugt, die die Bildqualität weniger stört. Weist die Optik einen Divergenzwinkel auf, der maximal so groß ist, wie der doppelte Divergenzwinkel zwischen zwei benachbarten Beugungsmaxima, so kann eine geringe Streuung mit einer homogenen Beleuchtung der Objektszene verbunden werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Optik ein Zoomobjektiv. Hierdurch kann eine Divergenz des die Objektszene abtastenden Strahls an einen Winkel der Beugungsordnungen zueinander angepasst werden. Eine homogene Beleuchtung der Objektszene kann bei unterschiedlichen Wellenlängen des beleuchtenden Strahls sichergestellt werden.
  • Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der Strahl erfindungsgemäß durch eine Anzahl von mikrooptischen Rastern der Schwenkeinheit geschwenkt wird und mit einem durch eine im Strahlengang hinter den Rastern angeordnete Optik aufgeweiteten Divergenzwinkel in die die Objektszene gerichtet wird. Es kann die Schwenkbarkeit eines kollimierten Strahls durch eine robuste Schwenkvorrichtung verbunden werden mit einer homogenen Beleuchtung der Objektszene. Der Divergenzwinkel kann von einer Brennweite der Optik abhängen. Je größer die Brennweite ist, desto weniger aufgeweitet wird der Strahl durch die Optik.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird ein Bereich der Objektszene Abschnitt für Abschnitt schrittweise abgescannt, indem der Strahl in die Richtung eines Beugungsmaximums der Raster gelenkt wird, der Strahl eine Weile ruhend in diesem Abschnitt verbleibt, dann in die Richtung eines benachbarten Beugungsmaximums gelenkt wird und wiederum eine Weile ruhend in diesem Abschnitt der Objektszene verbleibt, und so weiter. Es kann hierdurch eine gleichmäßige Ausleuchtung der Objektszene beidseitig in Richtung der Beugungsmaxima beziehungsweise Beugungsordnungen erreicht werden, sodass kleine Objekte links und rechts einer Richtung eines Beugungsmaximums gleich stark beleuchtet und somit äquivalent abgebildet werden können.
  • In weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Strahl in die Richtung mittig zwischen zwei Beugungsmaxima der Raster gelenkt, er verbleibt dort in diesem Abschnitt der Objektszene eine Weile ruhend, wird dann in die Richtung mittig zwischen eines der Beugungsmaxima und ein benachbartes Beugungsmaximum gelenkt und verbleibt in diesem neuen Abschnitt der Objektszene wiederum eine Weile ruhend, und so weiter. Bereiche zwischen den Beugungsmaxima können hierdurch besonders intensiv ausgeleuchtet werden, sodass dort vorhandene Objekte beispielsweise nicht weniger stark beleuchtet werden als solche, die in der Richtung eines Beugungsmaximums liegen.
  • Vorteilhafterweise wird ein Blickfeld eines Matrixdetektors durch ein Objektiv so in die Objektszene gerichtet, dass jedem Abschnitt ein Detektorelement des Matrixdetektors zugeordnet ist. Ein Detektorelement kann hierbei ein Bildpunkt oder Pixel des Matrixdetektors sein. Auf diese Weise kann ein aus Pixeln zusammengesetztes Bild Pixel für Pixel erzeugt werden, wobei jedes Pixel einen Abschnitt der Objektszene abbildet, der zum Zeitpunkt der Aufnahme vom Strahl beleuchtet wird.
  • Eine weitere Variation der Erfindungen sieht vor, dass der Strahl mit einem Zoomobjektiv der Optik so weit aufgeweitet wird, dass ein Bereich beleuchtet wird, ein Bild aus dem Bereich oder des Bereichs mit Hilfe eines Detektors aufgenommen wird und anschließend die Divergenz des Strahls auf einen Abschnitt des Bereichs reduziert wird und der Bereich Abschnitt für Abschnitt beleuchtend abgescannt wird. Es kann zunächst ein gröberes und übergeordnetes Bild erzeugt werden, um anschließend den gesamten Bereich oder nur einen Teil davon Abschnitt für Abschnitt abzuscannen und Einzelbilder, die den Abschnitten zugeordnet sind, aufzunehmen, um zu einem größeren Detailreichtum zu gelangen.
  • Außerdem kann mit Vorteil ein Bereich der Objektszene Abschnitt für Abschnitt schrittweise abgescannt und anschließend der Bereich mit veränderter Divergenz Abschnitt für Abschnitt schrittweise abgescannt werden. So kann zunächst mit größeren Abschnitten und anschließend mit kleineren Abschnitten, dafür feiner aufgelöst und mit höherem Kontrast, gearbeitet werden oder andersherum. Die Größe der Abschnitte ist hierbei zweckmäßigerweise an den Divergenzwinkel angepasst, insbesondere vor und nach der Veränderung der Divergenz.
  • Bei einer Hinderniswarnung für Unterwasserfahrzeuge kommt es besonders auf die Reichweite einer eingesetzten Abbildungsvorrichtung zum Abtasten der Objektszene an. Unter Wasser ist eine solche Reichweite durch eine starke Streuung von Licht im Wasser erheblich behindert. Eine bildstörende Streuung kann niedrig gehalten werden, wenn bei einem Abtasten einer Objektszene mit einem aktiven Strahl dieser eine geringe Divergenz aufweist. Daher ist das Abtasten einer Objektszene von einem Unterwasserfahrzeug aus mit einem kollimierten Strahl, beispielsweise einem Laser, insbesondere im grünen Lichtbereich, vorteilhaft. Durch die Divergenz verändernde Optik kann die Störung durch Beugungseffekte gering gehalten bleiben. Die Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung in einer Unterwasserumgebung ist somit vorteilhaft. Zweckmäßigerweise ist daher die Objektszene eine Unterwasserumgebung und es wird aus der Objektszene reflektiertes Licht der Strahlungsquelle auf einen Detektor geleitet und dort erfasst.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung und die Beschreibung enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.
    • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Frontpartie eines Unterwasserfahrzeugs mit einem Hinderniswarnsystem,
    Fig. 2
    eine Schwenkeinheit für einen aktiven optischen Strahl des Hinderniswarnsystems,
    Fig.3
    eine Abbildung eines unaufgeweiteten aktiven Strahls in einer Objektszene,
    Fig. 4
    eine Abbildung eines aufgeweiteten aktiven Strahls in der Objektszene,
    Fig. 5 und
    Fig. 6 die Strahlungsamplituden der Strahlen aus den Figuren 3 und 4 aufgetragen gegen die x-Achse,
    Fig. 7 und
    Fig. 8 eine Abbildung eines weiter aufgeweiteten aktiven Strahls und dessen Strahlungsamplitude gegen die x-Achse und
    Fig. 9
    eine Einteilung der Objektszene in Abschnitte, die vom aktiven Strahl jeweils als Ganzes beleuchtet werden.
    In Fig. 1 ist ein kleiner Abschnitt einer Frontpartie eines Wasserfahrzeugs 2 dargestellt, z.B. eines U-Boots, das auf einer Fahrt unter Wasser 4 ist. Das Wasserfahrzeug 2 ist mit einem Hinderniswarnsystem 6 ausgestattet, mit dem ein Raumwinkel vor dem Wasserfahrzeug 2 optisch überwacht wird. Die Überwachung geschieht, indem eine Objektszene 8 im Raumwinkel mit einem aktiven optischen Strahl 10 beleuchtet wird und von der Objektszene 8 reflektiertes Licht von einer Empfangseinrichtung 12 mit einem Matrixdetektor 14 und einem davor angeordneten Objektiv 16 registriert wird. Aus Daten der Empfangseinrichtung 12 kann ein computergestütztes Prozessmittel 20 mit Hilfe einer Bildverarbeitung Hindernisse erkennen und eine entsprechende Hinderniswarnung ausgeben.
  • Zur Bildaufnahme wird eine Strahlungsquelle 18, z.B. ein im grünen Wellenlängenbereich aktiver Laser, vom Prozessmittel 20 angesteuert, die daraufhin einen kollimierten Laserstrahl 22 aussendet. Dieser wird durch eine Schwenkeinheit 24 gelenkt, die den Laserstrahl 22 zwar zweidimensional schwenken kann, die Kollimation jedoch unverändert belässt. Anschließend tritt der Laserstrahl 22 durch eine Optik 26, die mit beispielsweise einer Linse 28 die Strahldivergenz des Laserstrahls 22 von der verschwindenden oder sehr geringen Divergenz des kollimierten Laserstrahls 22 verändert, so dass die Kollimation aufgehoben ist. In Fig. 1 ist der aus der Optik 26 austretende Strahl 10 nunmehr auf einen Brennpunkt 30 fokussiert, wobei ebenso eine Aufweitung der Kollimation durch eine Zerstreuungslinse denkbar ist. Der Abstand 32, mit der die Optik 26 bzw. Linse 28 von der Schwenkeinheit 24 beabstandet ist, beträgt weniger als 1/10 der Brennweite 34 der Optik 26. Der Strahl 10 verlässt nun die Vorrichtung zum Beleuchten der Objektszene 8 und das Wasserfahrzeug 2, trifft auf die Objektszene 8 und wird dort reflektiert. Reflektierte Strahlung wird von der Empfangseinrichtung 12 aufgefangen.
  • Die Schwenkeinheit 24 ist in Fig. 2 detaillierter dargestellt. Sie umfasst drei als Mikrolinsenfelder ausgeführte mikrooptische Raster 36, 38, 40, von denen die Raster 38, 40 an einem strahlungsdurchlässigen Substrat 42 befestigt sind und mit einem Aktuator gemeinsam lateral gegenüber dem Raster 36 verschiebbar sind, wie durch die Pfeile 44 angedeutet ist. Die Raster 36, 38, 40 umfassen jeweils 256 x 256 Mikrolinsen der Größe von einigen bis vielen 10 µ, wobei von jedem Raster 36, 38, 40 jeweils eine Mikrolinse einander zugeordnet sind, also immer drei Mikrolinsen einander zugeordnet sind und ein afokales System (Teleskop) bilden. Das Raster 38 ist hierbei in der Zwischenbildebene angeordnet. Durch eine laterale Verschiebung der Raster 38, 40 wird eine Wellenfront 46 und damit der Laserstrahl 22 abgelenkt, wie durch die Wellenfronten 46 dargestellt ist.
  • Fig. 3 zeigt ein zweidimensionales Beugungsmuster 48 in einer x,y-Fläche in der Objektszene 8, das der Laserstrahl 22 ohne die Optik 26 beleuchten würde. Dargestellt sind kleine kreisförmige beleuchtete Flächen um Beugungsmaxima 50 gegen den dunklen Hintergrund der Objektszene 8. Verursacht durch die Mikrostruktur der Raster 36, 38, 40 wird der Laserstrahl 22 an den Rastern 36, 38, 40 gebeugt und kann die Objektszene 8 nur in einem kleinen Bereich um die Orte der Beugungsmaxima 50 beleuchten. Bei perfekter Kollimation ist der Bereich nur so groß wie die Apertur der Strahlungsquelle, in der Realität, auch bereits durch Beugungseffekte an der Apertur, etwas größer.
  • In Fig. 3 ist nicht zwischen Haupt- und Nebenmaxima bzw. der ersten und weiteren Beugungsordnungen unterschieden, da alle Beugungsmaxima 50 bei entsprechender Auslenkung des Laserstrahls 22 Haupt- oder Nebenmaximum bilden können. Die Beugungsmaxima 50 sind um einen Divergenzwinkel 52 beabstandet, im Folgenden auch vereinfacht Divergenz genannt, der sich aus dem Kotangens des räumlichen Abstands der Beugungsmaxima 50 zueinander zu deren Entfernung von der Schwenkeinheit 24 ergibt. Ein Objekt 54 in der Objektszene 8 zwischen den beleuchteten Bereichen um die Beugungsmaxima 50 kann bei dieser Konfiguration nicht beleuchtet und dementsprechend vom Hinderniswarnsystem 6 nicht erkannt werden.
  • Die Beleuchtung der Objektszene 8 durch den von der Optik 26 aufgeweiteten Strahl 10 ist in Fig. 4 dargestellt. Die Beugungsmaxima 50 sind zu größeren Beleuchtungsflächen 56 aufgeweitet, die um den Ort der Beugungsmaxima 50 liegen und deren Durchmesser vom Divergenzwinkel bzw. der Divergenz der Optik 26 und dem Abstand von der Schwenkeinheit 24 bestimmt ist. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel ist die Divergenz der Optik 26 gleich der Divergenz der Beugung, also der durch die Brennweite 34 bestimmte Divergenzwinkel α (Fig. 1) gleich dem Divergenzwinkel 52, so dass sich die Beleuchtungsflächen 56 - bei ideal gedachter Kollimation vor der Optik 26 und keiner weiteren Strahlaufweitung als durch die Optik 26 - gegenseitig berühren. Die Objektszene 8 wird hierdurch weitgehend ausgeleuchtet.
  • Die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Beugungsmaxima 50 bzw. beleuchteten Flächen 56 sind in den Figuren 5 und 6 in ihrer Amplitude A der Beleuchtungsstärke gegen die x-Richtung der Objektszene 8 aufgetragen. Während die unaufgeweiteten Beugungsmaxima 50 die Objektszene 8 nur punktuell beleuchten - die Gaussform der Pulse ist durch weitere Effekte bedingt, die hier nicht betrachtet werden - berühren sich die Beleuchtungsflächen 56, deren einzelne Amplituden gestrichelt dargestellt sind. Durch ihre Gaussform überdecken sie sich sogar. Die Überdeckung ist zumindest so weit, dass die Strahlungsamplitude 58 sowohl in x- als auch in y-Richtung mittig zwischen zwei benachbarten Beugungsmaxima 50 bei einem dorthin ausgerichteten Strahlzentrum des Strahls 10 stets über 50% der Maxima der benachbarten Beleuchtungsflächen 56 bleibt. Dies gilt zumindest für eine Schnittlinie durch die Orte der Beugungsmaxima 50. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel fällt die Strahlungsamplitude 58 nicht unter 60%. Es wird hierdurch eine recht gute Gleichmäßigkeit der Beleuchtung der Objektszene 8 erreicht.
  • Eine noch weitergehende Überdeckung der Beleuchtungsflächen 56 ist in Figur 7 in der Form der Beleuchtungsflächen 56 und in Fig. 8 in Form der Strahlungsamplitude 58 gegen die x-Achse dargestellt. Die Optik 26 ist hier mit einem Divergenzwinkel eingestellt, der so groß wie der Divergenzwinkel zwischen zwei im zweidimensionalen x,y-Raum diagonal gegenüber liegenden Beugungsmaxima 50 ist. Die Überdeckung der Beleuchtungsflächen 56 ist so weitgehend, dass kein Punkt der Objektszene 8 im Schwenkbereich der Schwenkeinheit 24 unbeleuchtet bleibt, also jeder Punkt der Objektszene 8 bei entsprechender Ausrichtung des Strahls 10 beleuchtet werden kann. Der Verlauf der Strahlungsamplitude 58 in x- und y-Richtung ist hierbei sehr gleichmäßig, wie in Fig. 8 dargestellt ist.
  • Um zu viel Streulicht in der Empfangseinrichtung 12 zu vermeiden, sollte die Divergenz der Optik 26 nicht zu groß sein. Eine geeignete Obergrenze ist, dass die Optik 26 maximal einen Divergenzwinkel aufweist, der so groß ist, wie der doppelte Divergenzwinkel 52 zwischen zwei benachbarten Beugungsmaxima 50. Es kann jedoch sinnvoll sein, kurzfristig mit einer höheren Divergenz zu arbeiten, um eine Übersichtsabbildung der Objektszene 8 zu erstellen, auf deren guten Kontrast verzichtet werden kann, um danach die Objektszene Abschnitt für Abschnitt mit geringerer Divergenz kontrastreich aufzunehmen. Um diese Arbeitsweise einfach realisieren zu können, ist die Optik 26 mit einem Zoomobjektiv ausgestattet - in Fig. 1 kann dieses symbolisch durch die Linse 28 dargestellt sein, mit dem die Brennweite 34 und damit die Divergenz der Optik 26 in einem vorbestimmten Bereich eingestellt werden kann, zweckmäßigerweise gesteuert vom Prozessmittel 20.
  • Zum optischen Abtasten der Objektszene 8 wird die Schwenkeinheit 24 so ausgerichtet, dass der Strahl 10 einen Abschnitt 60, der in Fig. 9 dargestellt ist, teilweise oder - wie in Fig. 9 dargestellt ist - vollständig bedeckt. Die Divergenz der Optik 26 kann hierzu auf den Diagonalenwinkel des Abschnitts 60 eingestellt werden. Das Objektiv 16 der Empfangseinrichtung 12 kann nun so eingestellt sein, dass der Abschnitt 60 auf einen einzigen Bildpunkt bzw. Pixel des Matrixdetektors 14 abgebildet wird. Einfallende Strahlung aus diesem Abschnitt 60 wird nun von der Empfangseinrichtung 12 registriert.
  • Die Raster 38, 40 werden dann so gegenüber dem Raster 36 verschoben, dass ein benachbarter Abschnitt 60 vom Strahl 10 beleuchtet wird und von dort reflektierte Strahlung auf einen benachbarten Bildpunkt des Matrixdetektors 14 abgebildet wird. Auf diese Weise kann ein Bereich der Objektszene 8 Abschnitt 60 für Abschnitt 60 schrittweise abgescannt werden, indem der Strahl 10 nacheinander in die Richtung der Beugungsmaxima 50 gelenkt wird und der entsprechende Abschnitt 60 jeweils auf dem Matrixdetektor abgebildet wird. Jedem Abschnitt 60 ist so ein Detektorelement des Matrixdetektors 14 zugeordnet.
  • Alternativ oder zusätzlich kann der Strahl 10 in die Richtung mittig zwischen zwei Beugungsmaxima 50 gelenkt werden, wie in Fig. 9 durch die gestrichelten Beleuchtungsflächen 56 und die zugehörigen gestrichelten Abschnitte 60 dargestellt ist.
  • Eine besonders schnelle Hinderniswarnung kann erreicht werden, wenn die Objektszene 8 zunächst mit einer größeren Divergenz der Optik 26 abgescannt wird, z.B. indem einem Abschnitt 60 jeweils 2 x 2 oder 3 x 3 Bildpunkte des Matrixdetektors 14 zugeordnet sind und jeder Abschnitt 60 gleichzeitig auf diese Bildpunkte abgebildet wird. Ist der Bereich 62, der z.B. aus der Summe aller Abschnitte 60 zusammengesetzt ist, durchgescannt, kann die Divergenz durch das Zoomobjektiv verringert werden und der Bereich 62 - oder nur ein besonders interessierender Teil davon - Pixel für Pixel, also Abschnitt für Abschnitt, mit weniger Streulicht und hohem Kontrast aufgenommen werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Wasserfahrzeug
    4
    Wasser
    6
    Hinderniswarnsystem
    8
    Objektszene
    10
    Strahl
    12
    Empfangseinrichtung
    14
    Matrixdetektor
    16
    Objektiv
    18
    Strahlungsquelle
    20
    Prozessmittel
    22
    Laserstrahl
    24
    Schwenkeinheit
    26
    Optik
    28
    Linse
    30
    Brennpunkt
    32
    Abstand
    34
    Brennweite
    36
    Raster
    38
    Raster
    40
    Raster
    42
    Substrat
    44
    Pfeile
    46
    Wellenfront
    48
    Beugungsmuster
    50
    Beugungsmaximum
    52
    Divergenzwinkel
    54
    Objekt
    56
    Beleuchtungsfläche
    58
    Strahlungsamplitude
    60
    Abschnitt
    62
    Bereich

Claims (12)

  1. Vorrichtung zum Beleuchten einer Objektszene (8) mit einer Strahlungsquelle (18) und einer Schwenkeinheit (24) zum Schwenken eines von der Strahlungsquelle (18) in die Objektszene (8) gerichteten Strahls (10),
    gekennzeichnet
    durch eine Anzahl von mikrooptischen Rastern (36, 38, 40) der Schwenkeinheit (24) zum Schwenken des Strahls (10) und eine Optik (26) zur Veränderung der Strahldivergenz des in die Objektszene (8) gerichteten Strahls (10).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Optik (26) einen kollimierten Strahl (22) der Strahlungsquelle (18) zumindest so weit aufweitet, dass seine Strahlungsamplitude (A) in einem mittig zwischen zwei benachbarten Beugungsmaxima (50) der Schwenkeinheit (24) liegenden Strahlzentrum nicht unter 50% der Amplitude (A) der Beugungsmaxima (50) liegt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Optik (26) einen Divergenzwinkel (α) aufweist, der zumindest so groß ist, wie der Divergenzwinkel (52) zwischen zwei benachbarten Beugungsmaxima (52).
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Optik (26) einen Divergenzwinkel (α) aufweist, der zumindest so groß ist, wie der Divergenzwinkel zwischen zwei im zweidimensionalen Raum diagonal gegenüber liegenden Beugungsmaxima (50).
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Optik (26) einen Divergenzwinkel (α) aufweist, der maximal so groß ist, wie der doppelte Divergenzwinkel (52) zwischen zwei benachbarten Beugungsmaxima (50).
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Optik (26) ein Zoomobjektiv aufweist.
  7. Verfahren zum Beleuchten einer Objektszene (8) mit Licht aus einer Strahlungsquelle (18), das von einer Schwenkeinheit (24) in der Objektszene (8) geschwenkt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Strahl (10) durch eine Anzahl von mikrooptischen Rastern (36, 38, 40) der Schwenkeinheit (24) geschwenkt und mit einem durch eine Optik (26) aufgeweiteten Divergenzwinkel (α) in die Objektszene (8) gerichtet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Bereich (62) der Objektszene (8) Abschnitt (60) für Abschnitt (60) schrittweise abgescannt wird, indem der Strahl (10) in die Richtung eines Beugungsmaximums (50) der Raster (36, 38, 40) gelenkt wird, der Strahl (10) in diesem Abschnitt (60) der Objektszene (8) eine Weile ruhend verbleibt, dann in die Richtung eines benachbarten Beugungsmaximums (50) gelenkt wird und in diesem Abschnitt (60) der Objektszene (8) wieder eine Weile ruhend verbleibt, usw.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Blickfeld eines Matrixdetektors (14) durch ein Objektiv (16) so in die Objektszene (8) gerichtet wird, dass jedem Abschnitt (60) ein Detektorelement des Matrixdetektors (14) zugeordnet ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Strahl (10) mit einem Zoomobjektiv der Optik (26) soweit aufgeweitet wird, dass ein Bereich (62) beleucht wird, ein Bild aus dem Bereich (62) mit Hilfe eines Detektors (14) aufgenommen wird und anschließend die Divergenz des Strahls (10) auf einen Abschnitt (60) des Bereichs (60) reduziert wird und der Bereich (62) Abschnitt (60) für Abschnitt (60) beleuchtend abgescannt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Bereich (62) der Objektszene (8) Abschnitt (60) für Abschnitt (60) schrittweise abgescannt wird und anschließend der Bereich (62) mit verändertem Divergenzwinkel Abschnitt (60) für Abschnitt (60) schrittweise abgescannt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Objektszene (8) eine Unterwasserumgebung ist und aus der Objektszene (8) reflektiertes Licht der Strahlungsquelle (18) auf einen Detektor (14) geleitet und dort erfasst wird.
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